Как да намалим консумацията на енергия в съществуващите промишлени системи с центробежни вентилатори

Индустриалният центробежен вентилатор може да консумира значително количество електроенергия, когато работи непрекъснато в производствено предприятие. В много по-стари вентилационни и изпускателни системи самият вентилатор не е непременно неефективен; по-големият проблем е, че промишленият центробежен вентилатор често работи с по-висока скорост, налягане или въздушен поток, отколкото всъщност изисква процесът. Преди да сменят оборудването, инженерите на завода трябва да измерят съществуващото работно състояние и да определят къде се използва излишната енергия.

Започнете с действителните оперативни данни

Първата стъпка в подобряването на една промишлена система с центробежен вентилатор е да се установи надеждна работна базова линия. Записвайте въздушния поток, статичното налягане, скоростта на вентилатора, тока на двигателя, мощността на двигателя, температурата на лагера, вибрациите и работните часове. Положението на амортисьора също трябва да се запише, тъй като вентилатор, работещ на 100% скорост със силно затворен амортисьор, често е ясна индикация за несъответствие между капацитета на вентилатора и потреблението на системата.

Например една фабрика може да има промишлен центробежен вентилатор, първоначално избран за 30 000 m³/h при 2 000 Pa, докато текущият процес изисква само приблизително 22 000 m³/h. Ако вентилаторът продължава да работи на пълна скорост и въздушният поток се контролира от амортисьор, моторът все още консумира голяма част от номиналната си мощност. Измерването на действителните условия на системата предоставя информацията, необходима преди извършване на каквато и да е модификация.

Проверете дали вентилаторът е дроселиран

Общата възможност за спестяване на енергия за промишлен центробежен вентилатор е скрита зад входящия или изходящия амортисьор. Амортисьорът намалява въздушния поток чрез увеличаване на съпротивлението на системата, но не намалява директно скоростта на въртене на вентилатора. Следователно моторът продължава да задвижва работното колело със същата скорост, докато част от наличното налягане се разсейва през амортисьора.

По време на проверка техниците трябва да запишат отварянето на клапата и да го сравнят с необходимия въздушен поток за процеса. Ако промишлен центробежен вентилатор обикновено работи с амортисьор само 50–60% отворен, инженерите трябва да проучат дали скоростта на вентилатора може да бъде намалена вместо това. В подходящи приложения инсталирането на задвижване с променлива честота (VFD) може да осигури много по-добър контрол от непрекъснатото механично дроселиране.

Използвайте внимателно намаляване на скоростта на вентилатора

Намаляването на скоростта на вентилатора може да доведе до значително намаляване на консумацията на енергия, тъй като мощността на центробежния вентилатор се променя бързо със скоростта. При подобни системни условия законите за афинитета на вентилатора показват, че въздушният поток е приблизително пропорционален на скоростта, налягането варира приблизително спрямо квадрата на скоростта, а мощността варира приблизително спрямо куба на скоростта.

За индустриален центробежен вентилатор, работещ на 50 Hz, намаляването на скоростта до 45 Hz представлява коефициент на скорост от 0,90. Теоретичното съотношение на мощността е приблизително:

P₂ / P₁ ≈ (45 / 50)³ = 0,729

Това означава, че теоретичната мощност на вентилатора може да падне до приблизително 73% от първоначалната стойност, въпреки че действителните спестявания зависят от кривата на системата, ефективността на двигателя, загубите при предаване и работната точка. Следователно инженерите трябва да измерват системата след настройка, вместо да приемат, че теоретичната стойност винаги ще бъде постигната.

Почистете работното колело преди смяна на оборудването

Замърсяването на работното колело е друг пренебрегван източник на загуба на енергия в индустриалния центробежен вентилатор. Прах, маслена мъгла, влакна или технологични частици могат да се натрупат върху лопатките и да променят аеродинамичния профил. Тежките отлагания също могат да създадат дисбаланс, увеличавайки вибрациите и натоварването на лагерите.

Преди да модифицирате промишлен центробежен вентилатор, проверете работното колело през вратата за достъп или след правилно изолиране и заключване. Проверете за натрупване на прах, ерозия, корозия, повредени ножове и отлагания, концентрирани от едната страна на колелото. В един практически пример вентилаторът за изсмукване на прах показва нарастващи вибрации и намален въздушен поток след няколко месеца работа. Почистването на работното колело възстанови въздушния поток и намали вибрациите без смяна на корпуса на двигателя или вентилатора.

Намалете ненужното съпротивление на системата

Индустриалният центробежен вентилатор не работи независимо от тръбопроводната система. Когато филтрите се запушат, каналите натрупват материал, колената са зле подредени или амортисьорите са частично затворени, съпротивлението на системата се увеличава и вентилаторът трябва да генерира повече налягане.

Полезната проверка на място трябва да включва филтри, преходи на канали, колена, шумозаглушители, амортисьори, топлообменници, скрубери и изпускателни отвори. Ако филтърът има значително по-висок спад на налягането от чистото му състояние, смяната или почистването на филтъра може да спести повече енергия, отколкото модифицирането на самия индустриален центробежен вентилатор. Това е особено важно в системи за събиране на прах, където съпротивлението на филтъра постепенно се увеличава по време на нормална работа.

Проверете дали вентилаторът работи в правилната точка

Всеки промишлен центробежен вентилатор има крива на производителност, показваща връзката между въздушния поток, налягането, скоростта и ефективността. Действителните условия на работа трябва да се сравняват с кривата на вентилатора на производителя, когато има надеждни данни за работа.

Да предположим, че промишлен центробежен вентилатор е проектиран за 25 000 m³/h при 1800 Pa, но в момента произвежда 19 000 m³/h при 2300 Pa. Разликата може да означава повишено съпротивление на системата, неправилни настройки на амортисьора, промяна в условията на процеса или работна точка далеч от най-ефективния регион на вентилатора. Простото инсталиране на по-голям двигател няма да реши основния проблем. Първо трябва да се анализира системата, за да се определи защо работната точка се е изместила.

Практически казус: Намаляване на консумацията на енергия в система за прахоулавяне

Помислете за съществуващ промишлен центробежен вентилатор, използван за прахоулавяне в металообработващ цех. Вентилаторът се задвижваше от двигател с мощност 30 kW и работеше приблизително 6000 часа годишно. Измерванията показаха, че процесът изисква около 18 000 m³/h, докато вентилаторът доставя приблизително 22 000 m³/h. Изходният амортисьор беше частично затворен, за да се контролира излишният въздушен поток.

Заводът инсталира VFD и регулира скоростта на индустриалния центробежен вентилатор, за да съответства на необходимия въздушен поток. След пускането в експлоатация въздушният поток се поддържаше близо до необходимата стойност на процеса, докато мощността на двигателя намаля значително. Действителното спестяване трябва да се изчисли от измерените kW преди и след модификацията. Например, ако средната входяща мощност падне от 24 kW на 16 kW, годишната консумация на електроенергия се намалява приблизително с:

(24 − 16) × 6 000 = 48 000 kWh/година

Този пример също така демонстрира защо измерването на действителната мощност на двигателя е по-полезно от изчисляването на спестяванията само от капацитета на двигателя, посочен в табелата с данни.

Не намалявайте скоростта под изискването за процеса

Енергийната оптимизация не означава просто забавяне на индустриалния центробежен вентилатор, доколкото е възможно. Недостатъчният въздушен поток може да причини лошо улавяне на дима, прекомерна концентрация на прах, нестабилност на налягането в пещта, прегряване или неспазване на екологичните изисквания.

Когато настройват промишлен центробежен вентилатор, инженерите трябва да установят минимално приемлив въздушен поток и налягане въз основа на действителния процес. За локална смукателна вентилация, например, производителността на улавянето трябва да остане адекватна при аспиратора. За приложения в котли или пещи изискванията за налягане и горене в пещта може да са по-важни от простото намаляване на въздушния поток.

Проверете двигателя, лагерите и трансмисията

Механичното състояние също влияе върху ефективността на промишлената система с центробежен вентилатор. Износени лагери, лошо смазване, разместване на вала, приплъзване на ремъка, неправилно опъване на ремъка и проблеми със съединителя могат да увеличат механичните загуби и вибрациите.

За промишлени центробежни вентилаторни системи с ремъчно задвижване, техниците трябва да проверят състоянието и напрежението на ремъка и да проверят подравняването на шайбата. За конфигурации с директно задвижване трябва да се провери центровката на валовете, състоянието на лагерите и ефективността на двигателя. Двигателят, който черпи необичаен ток, не трябва автоматично да се обвинява за двигателя; прекомерното натоварване на вентилатора, съпротивлението на системата, механичното триене или работните условия може да са истинската причина.

Когато смяната на вентилатора има повече смисъл

В някои случаи съществуващ промишлен центробежен вентилатор е фундаментално голям или има дизайн на работно колело, който не съответства на текущия процес. Ако вентилаторът работи непрекъснато далеч от ефективния си работен регион, многократното регулиране на дроселирането и скоростта може да осигури само частично решение.

Замяна на промишлен центробежен вентилатор може да се обмисли, когато съществуващият вентилатор има силно износване, слаба аеродинамична ефективност, неподходящи материали, възможност за прекомерно налягане или капацитет, значително по-висок от действителното изискване. Замяната трябва да бъде избрана с помощта на измерен въздушен поток и системно налягане, а не просто да съответства на съществуващата мощност на двигателя.

Практичен контролен списък за пестене на енергия

Преди да модифицират промишлен центробежен вентилатор, инженерите могат да използват следната последователност:

Измерете действителния въздушен поток и статичното налягане.

Запишете входната мощност и ток на двигателя.

Запишете скоростта на вентилатора и позицията на клапата.

Проверете работното колело за прах, корозия и износване.

Проверете загубите на налягане във филтъра и канала.

Сравнете действителните работни условия с кривата на производителността на вентилатора.

Определете дали вентилаторът е прекалено голям.

Оценете управлението на скоростта на VFD, където е приложимо.

Проверете двигателя, лагерите, ремъците, съединителите и подравняването на валовете.

Измерете отново въздушния поток, налягането и мощността след модификация.

Най-ефективният подход е промишленият центробежен вентилатор да се третира като част от цялата система за обработка на въздуха, а не като изолирана машина. В много инсталации могат да се постигнат значителни спестявания чрез по-добър контрол на работната точка, намалено съпротивление на системата, редовно почистване на работното колело и подходящо регулиране на скоростта без незабавна смяна на вентилатора.

За инсталации с непрекъснато работещо вентилационно или изпускателно оборудване дори малко намаление на мощността може да доведе до значителни годишни спестявания. Правилно оптимизираният промишлен центробежен вентилатор трябва да осигурява само въздушния поток и налягането, необходими за процеса, при най-ниската практическа консумация на енергия, като същевременно поддържа безопасна и стабилна работа.